可伸缩电动车设计详解.docx

可伸缩电动车设计详解.docx

《可伸缩电动车设计详解.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《可伸缩电动车设计详解.docx（31页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

可伸缩电动车设计详解

河北工业大学

毕业设计说明书（论文）

作者：

刘子康学号：

110319

系：

机械工程学院

专业：

车辆工程

题目：

微型可伸缩电动汽车的总体设计

指导者：

刘芳副教授

（姓名）（专业技术职务）

评阅者：

（姓名）（专业技术职务）

2015年5月21日

题目：

微型可伸缩电动汽车的总体设计

摘要：

现如今能源问题随着环境问题的出现越来越受到人们的关注，而电动汽车随着此类问题的出现成为了一种主流发展趋势。

电动汽车能够实现零排放，因此大大减少了污染物的排放，改变了当今内燃机车辆对环境的影响对能源的过度需求。

另一方面随着现如今城镇化的一步步发展，停车位的解决方法一直是城市规划的重点，而微型可伸缩电动汽车可以很好的解决停车难的问题。

它的出现大大减少了车辆占地，为城市其他发展节省出了相当大的空间，有利于城镇的高速发展。

本次设计的微型可伸缩电动汽车可以很好的解决以上问题，满足节能，减少占地空间的要求。

这次设计主要涉及小车车身总体布置，参数的选择，驱动形式，制动形式，伸缩机构的设计，悬架机构及参数选择，传动及控制等。

关键词：

微型汽车可伸缩汽车电动汽车可伸缩机构

毕业设计（论文）中文摘要

毕业设计（论文）外文摘要

TitleThetinyscalableoveralldesignofelectricvehicles

Abstract（三号黑体，居左）

Energyproblemnowwiththeemergenceofenvironmentproblemmoreandmoregettheattentionofpeople,andtheelectriccarwiththeemergenceoftheseproblemshasbecomeamainstreamtrend.Electriccarscanachievezeroemissions,thusgreatlyreducingtheemissionsofpollutants,changedtheenvironmentalimpactoftoday'sinternalcombustionenginevehicleexcessdemandforenergy.Ontheotherhand,stepbystep,asnowtheurbanizationdevelopmentofparkingsolutionhasalwaysbeenthefocusoftheurbanplanning,andtinyscalableelectriccarscanbeaverygoodsolutiontosolvetheparkingproblem.Itgreatlyreducesthevehiclecover,saveotherurbandevelopmentoutoftheconsiderablespace,isconducivetotherapiddevelopmentoftowns.

Thedesignoftheminiaturescalableelectriccarscanwellsolvetheaboveproblem,satisfytheenergyconservation,reducethespacerequirements.Thisismainlyconcernedwiththegeneralarrangementofthecarbodydesign,thechoiceofparameters,driveform,theformofbraking,thedesignoftelescopicmechanism,suspensionmechanismandparameterselection,transmissionandcontrol,etc.

Keywords：

BubblecarScalablecarElectromobileScalableorganizations

1文献综述

1.1课题背景

近年来国际石油及煤炭等不可再生能源价格的突飞猛涨，很大程度的增加了以矿物质能源为原料的相关汽车及消费产业的生产成本，许多小型工业企业甚至大型企业举步维艰。

汽车的发展引起的资源的过度消耗，能源问题关乎到人类全面发展的问题，更关系到全球经济与军事安全问题。

内燃机汽车给人类带来便利的同时另一方面更是污染社会的一大主要原因，汽车尾气引起的各种现象诸如：

温室效应、酸雨、臭氧层破坏问题。

为了保护人类的生存环境、降低生产消耗成本、提升生产效益、促进社会可持续发展，社会各行各业正努力寻找可再生的能源作为新的生产原料，以达成节能减排，可持续发展的目标。

【1】

当今社会正在进入一个全速发展的的一个阶段尤其是我们的祖国，车辆已经普及到每个一般家庭了，人们对于生活水平的要求也变得很高，尤其是现在在中国卖的车辆主要是为了应求中国人的心理，车辆大部分都较原来的车辆空间有很大的提升尤其是车身长度的加大，这使得现在城镇化越来越发达的地方很难找到一个合适的停车位，往往公共场所都是用来消费的，而这些场所又是很集中的。

这就导致一种问题：

越来越多的车辆无法停放。

更有一种可能是在现在的小区内高楼占据的是主要的，很难给我们这些车找到一个足够大的地方去停放，而人们现在更喜欢车库，然而现如今的车库对于普通家庭来说那是个无法支付的庞大数字。

这些都是导致车辆无处停放，车辆乱停放现象的主要因素。

再者，世界上所有国家都意识到了环境给我们社会带来的破坏力，而随着社会发展汽车满地都是的时候我们不得不去为我们的将来考虑一下，汽车尾气的排放已经严重污染我们赖以生存的空间。

随着人们对环保观念的认同，能源问题跟环境问题是推动新能源汽车发展的力量，新能源汽车开始真正的进入人们的探索范围，而现如今已经颇有成效的电动汽车很好的解决了这些污染的问题。

【2】

本课题便是致力于上述问题的解决，以电动汽车为研究对象，对电动车进行升级改造成可折叠伸缩的汽车，使之满足解决城市停车难的条件，积极响应环保节能，努力实现汽车可折叠性能，缩小汽车的占地空间为其他事业型单位腾出可以充足利用的空间。

1.2国内外发展概况

基于电动汽车现在良好的发展前景及面临能源和环境的压力，世界各国及我们国家和各个汽车企业都十分重视电动汽车的研究和开发。

欧美日等国家非常看重电动汽车的研究，在推动电动汽车的发展方面制订了相关法规和政策上的支持，而且在这个领域投入了巨大的人力和资金。

新能源汽车从开发到生产，电动汽车的研究投入是这些新能源汽车里最大的。

电动汽车初期投资很大，而且初期研究并不是那么的成功所以现在可以看到在道路上跑得电动汽车很少，这也增加了电动汽车的发展难度。

而一些发达国家在电动汽车的研究上投入很大，建立了良好的基础设施，为电动汽车的发展奠定了优异的研究条件。

电动汽车主要围绕驱动电机、控制、动力电池、回收系统这几个方面的发展，而且在这些关键技术上得到了相当大的改进和突破。

下面是各个国家及汽车公司在这两面的主要成就。

日本非常重视电动汽车的开发与研究，日本政府投入巨额用于支持电动汽车的开发，仅仅在电车研发投入就多达200多亿。

除此以外日本也支持电动汽车的商业化项目，对商业化的新能源汽车提供最巨大的资金支持。

日本也对新能源汽车给予优惠跟补助，购车者可依据购买车辆的排放水平享受不同的减税优惠待遇。

【3】

美国对新型混合动力汽车给予最大可达3400美元的经济优惠。

而在法国很早就制订了相关优惠政策，对购买电动汽车的用户提供1.5万法郎的补助。

法国政府按购买的车的尾气排放量多少对车主给予相应的“奖罚”，来鼓励车主购买电动汽车。

这只是一些发展最快的国家对新能源电动汽车的优惠，还有很多国家及政府都在致力于电动汽车的研发。

在我国，电动汽车的研究在“十五”期间被列为国家“863”重点科技课题。

而且“十一五”期间，又启动了“新能源与节能汽车”等多个重大项目，提倡大力发展新能源及节能汽车。

在这期间我国在新能源汽车上的科技累计投入多达20亿元，确立了新能源汽车的“三纵三横”的研发格局。

【4】工信部带头多部委联合起草《中国新能源汽车规划》涉及了一份新的新能源汽车鼓励计划，从2011年到2020年的这十年，中央财政部投入了1000亿元用于扶持电动汽车产业。

这些规划距离我们走上真正的新能源还有很长一段距离，我们还需要更久远的发展。

电动汽车研发从主要依靠蓄电池的纯电电动动汽车开始，经历了几十年的发展，电动汽车发展的已经相对完善。

但是在蓄电池的容量续航里程还有不足之处。

所以建立充电的基础设施是完善电动汽车发展的最好的方法。

现如今以有很多国家都已经设计出了很多可折叠的概念车：

2008年北京车展上，雷诺公司推出一款纯电动折叠汽车，该车与奔驰smart为同一级别车型，与雷诺公司Twingo车型同样的车身尺寸。

这辆可折叠电动汽车虽然轴距缩短了解决了停车难的问题，但是又产生了乘客上下车不方便的问题。

图：

1-2-1

自2008年起，麻省理工大学工学院媒体实验室的研究人员开发了一个可堆叠的电动汽车，用以帮助克服交通堵塞问题。

这些车可以折叠堆放在市中心，搭载有四个集成式轮毂电机。

图1-2-2是Hiriko折叠前后的存在形态。

图：

1-2-2

日本丰田于2003年丰田汽车展上推出了单人移动性概念车，汽车行驶时轴距变长，使容纳驾驶舱的车厢向后倾斜。

图：

1-2-3

瑞典制作的Presto可以在几秒内迅速的将长3.7米的四座汽车缩短为不到3米的两座汽车。

其前后车身就像抽屉一样抽拉折叠。

【5】图1-2-4是Presto折叠前后的两种不同存在状态。

图：

1-2-4

1.3研究意义

从内燃机汽车的出现至今，随着汽车技术的突飞猛进，人类从这之中得到了巨大的方便，内燃机汽车为我们做出了巨大贡献。

但是随着燃油汽车的日益增加，石油变得日益紧缺，使得人类赖以生存的环境恶化。

另一方面世界石的储量日益减少，内燃机汽车却是消耗石油最多的产品。

因此石油的匮乏与环境保护的紧迫需求，都迫使汽车行业向着零排放、能源综合利用的方向发展。

近年来各种电池技术和经济性都得到了突飞猛进的发展，使得电动汽车在各种技术上得到了突破。

电动汽车的发展不仅关系到全球汽车的未来，而且关系到未来人类社会发展的可持续性。

目前全球汽车的数量已经达到近乎饱和状态，并以每年15%以上的速度增长，而城市道路已经接近饱和，这样导致城市交通拥堵现象日益严重。

据统计平均每人由于交通拥堵造成的时间损失按半小时计，我国特大城市的拥挤成本能够到4000万元每天，全年交通拥挤造成的损失超过100亿，约相当于全年GDP3%。

国外的一些城市由于交通拥堵造成的经济损失占4~10%。

由于堵车现象的日益严峻，城市汽车的最高驾驶速度被限制在80公里每小时，这样的速度远低于目前汽车最高行驶速度，造成资源的浪费。

汽车数量的增加使得公路加油站、停车场随之增加，占用大量的土地。

而同时人类进入新文明时代以来对资源的利用已经远远超过地球给我们制造的速度尤其在石油方面，而且由于资源的过度利用导致我们身边的环境问题日益严重。

由于环境问题带来的损失可以说比其他任何损失都要严重，所以我们有必要设计出一些新能源汽来改善我们的资源利用状态。

通过上面两点的分析我们设计的这款电动可伸缩汽车能够很好的解决上述问题。

【6】

2．毕业设计（论文）工作过程

2.1工作原理及设计要求

1、p-pair型折叠汽车折叠机构

图2-1-1P-Pair型折叠汽车折叠机构

原理如下：

如图2-1-1，车架折叠时可以将车架看作倒置的曲柄滑块机构，将前轮作为固定支点与杆件1（前车身简化）铰接。

杆件2（后车身简化）连接后轮滑块4在杆件1上滑动。

中间的主要链接机构为p-pair，通过此连接在杆件1上滑动起到收缩轴距及抬高车身的目的。

该运动副仅有一个自由度，所以只要有一个原动件就可以使机构有确定运动，这类折叠机构在结构上简单易懂但是在现实折叠方面有许多干涉等因素导致它的发展比较小。

1、R-Pair型折叠汽车折叠机

图2-1-2R-Pair折叠汽车折叠机构

R-Pair折叠机构简化后的原理图如图2-1-2，在这个简化的原理图中我们将底盘看作曲柄滑块机构，将前轮作为一个固定支点，两端连接着两根二元杆，分别是与前车架连接的杆1和与后车架连接的杆2，其中的主要连接机构为R-Pair，通过这个连接机构来抬升汽车底盘，杆件1和杆件2在绕连接机构R-Pair旋转时，杆件2通过连接滑块4的滑动带动后轮往前滑动收缩，起到收缩车架的目的，最终我们可以实现汽车的折叠。

3、抽屉型折叠汽车折叠机构

图2-1-3抽屉型折叠汽车折叠机构

如图2-1-3为抽屉式汽车折叠机构Presto,其具体收缩理论为：

前轮被看作固定点，汽车底盘就可以看成一个滑动副，前车身我们可以简化为杆件1，我们可以把后车身简化为杆件2，杆件2上固定着一个滑块。

杆件1同杆件2在同一以直线上。

在汽车车架折叠的时候，电动马达通过驱动金属螺杆的伸缩来推动前后车架的伸缩。

车架收缩的那一部分就像抽屉重合在一起。

前后车架在这个伸缩的过程中起到一个支撑的作用。

【7】

2.2形式选择与结构分析

我们根据最终的分析选择抽屉式折叠汽车折叠机构作为这次设计电动汽车的折叠形式。

结构分析：

底盘的抽屉式折叠机构可以利用套筒原理

伸缩汽车将车身分为前后两部分，后半部分车身可通过滑动与前半部分车身相对运动，以一种抽屉式的形式实现折叠，从而减小停车面积。

在此基础上添加电力驱动设备。

设计后的抽屉式折叠底盘基本如图2-2-1：

图2-2-1折叠底盘

而车顶、座椅、车门跟折叠底板都是采用连杆机构随着汽车底盘的伸缩与展开而相应的运动。

底盘收缩时前底板上的两根连杆因为底盘的收缩而隆起，而通过支撑连杆推动座垫向后倾斜，与此同时座椅后背跟座垫之间的夹角也会因为受力原因减小，当底盘展开时这些连杆机构做出相反的动作是底板跟座椅都恢复正常位置。

折叠车顶跟折叠底盘做同步的动作，折叠进入车体的后车体中。

图2-2-2折叠底板、座椅【4】

3.微型可伸缩电动汽车的总体设计

3.1汽车形式的选择

汽车有动力装置、地盘、车身、电器及仪表等四部分组成。

要求各项性能成本等达到企业在商业计划中确定的指标。

乘用车总质量小于19顿的公路运输车辆不受道路、桥梁限制均采用结构简单及制造成本低廉的两轴形式。

驱动形式选择：

本次设计的微型可伸缩电动汽车是参照熊猫及smart的基础上设计的所以驱动形式选择4×2式驱动形式。

如下图由前置前驱燃油汽车发展而来，其驱动系统仍旧需要机械装置的传动系统驱动行驶系统。

C-离合器D-差速器CB-变速器M-电动机

布置形式：

汽车布置形式定义为发动机、驱动桥及车身它们之间相互关系和布置得特点。

这次设计的是一款电动车而且可以伸缩，我们要把驱动等相关的装置装在前车身以使后车身在伸缩时不受限制，且动力总成的机构紧凑，结合以上特点我们选择发动机为前置前轮驱动（FF）。

3.2汽车主要参数的选择

我们这次设计主要参照吉利熊猫汽车，其尺寸如下：

熊猫车长3598mm、宽1630mm、高1465mm、轴距2345mm、最小离地间隙123mm。

车身重量为标准的937到985公斤，及满载时车重1312到1360公斤。

全车最多可容纳5人，而在其他方面，熊猫汽车的轮胎尺寸为165/60R14，最小转弯半径为4.5米。

【8】

（1）汽车主要尺寸的确定

外廓尺寸：

乘用车总长为轴距、前悬、后悬之和。

乘用车的总长La和总宽Ba有如下关系La：

La=L/C（C为比例常数前置前驱其值在0.62-0.66），发动机前置前轮驱动的C值为0.62-0.66。

此次设计的电动车为前置前轮驱动所以C取0.62-0.66。

轴距L尺寸：

轴距对整车整备质量、汽车的总长、汽车的最小转弯半径、传动轴的长度、纵向通过半径等都有影响。

依据熊猫的轴距得到我们这次设计电动汽车的初始轴距为2440mm。

汽车总宽尺寸：

汽车总宽尺寸Ba由乘员所需的车内宽度及车门的厚度决定，同时还要保证汽车能够布置下车架、悬架及转向系等。

可以按如下公式计算Ba=（La/3）+（195±60）得到汽车总宽的初始尺寸，【9】同时为了避免车门与车座之间在折叠的时候发生干涉，我们应该把车宽取较大一点。

表：

各类汽车的轮距与轴距尺寸：

车型

类别

轴距L/mm

轮距B/mm

乘用车

发动机排量V/L

V<1.0

1.0

1.6

2.5

4.0

2000-2200

2100-2540

2500-2860

2850-3400

2900-3900

1100-1280

1150-1500

1300-1500

1400-1580

1560-1620

轮距计算公式如下：

B=0.75Ba+80±100±80或者B=KL

K是一个比例系数常数，通常取0.55-0.64

我们初始根据经验得到初始轴距为2445mm

我们初选的尺寸带入上面经验公式得到

L=2445/（0.62-0.66）=3704mm-3943mm

我们设计微型可伸缩电动汽车要求车身小所以取3704mm

Ba=3704/3＋195±60=1369mm-1489mm

B1=0.75×1489+100±80=1243mm-1403mm

B2=（0.55-0.64）×2445=1344mm-1564mm

为保证乘员乘坐空间我们初始取车宽为1689mm轮距为1420mm

车身高度的选择：

我们根据吉利熊猫的尺寸初选设计电动汽车车身高度为H=1500mm

3.3轮胎的选择

本次设计的汽车从整体尺寸上跟吉利熊猫相当，而且跟传统汽车相比它的车速低、质量小、所受载荷小，所以我们所选的轮胎可以跟熊猫的轮胎一样所以我们初始选择的轮胎为165/60R14。

3.4汽车质量参数的确定

3.4.1整车整备质Mo

整车整备质量指带有所有装备且在加满燃油、水，但是没有装载货物和人的时候的整车质量。

轿车的整备质量可按人均整备质量值估算

乘用车人均整备质量值

乘用车

人均整备质量值/t

发动机排量V/L

V≤1.0

1.0＜V≤1.6

1.6＜V≤2.5

2.5＜V≤4.0

4.0＜V

0.15~0.16

0.17~0.24

0.21~0.29

0.29~0.34

0.29~0.34

微型轿车人均整备质量值

车型

人均整备质量值/t

微型轿车

0.15-0.16

本次设计的是一辆微型可伸缩电动汽车所以取人均整备质量值为0.15，同时本次设计的微型车可以容纳5人所以初步估计整车整备质量Mo=0.15×5=0.75（t）

3.4.2汽车的载客量和装载质量

（1）汽车的载客量：

本次可载客5人，没人按65kg计算的到载客质量为325kg

（2）汽车载质量Me：

指汽车在硬质的良好的路面上行驶所允许的额定装载质量，此次设计的是一辆代步轿车所以暂且不考虑它的装载质量。

3.4.3汽车的总质量Ma

汽车总质量定义为：

汽车装备齐全且在规定允许下装满乘客时候的整车质量。

汽车总质量Ma计算公式如下：

Ma=Mo+65n+αn（n为载客数、α为行李系数、Mo为整备质量）

行李系数α

车型

α

乘用车

发动机排量＞2.5L

5

发动机排量≤2.5L

10

初步估算Ma=750+65×5+10×5=1125kg

3.4.4轴荷分配

汽车在空载或满载且静止状态下，车轴对支撑面的垂直载荷。

各类汽车的轴荷分配

车型

满载

空载

前轴

后轴

前轴

后轴

前置前轮驱动

47%-60%

40%-53%

56%-66%

34%-44%

我们暂且取满载时前后轴的轴荷分配情况为前轴49%后轴51%，空载时前后轴轴荷分配情况为前轴61%后轴39%。

3.5汽车性能参数的确定

3.5.1动力性参数（最高车速、加速时间、上坡能力、比功率、比转矩）

根据汽车设计设计参数选择

汽车动力性参数范围

汽车类别

最高车速Vmax（km/h）

比功率Pb（KW/t）

比转矩Tb（N·M/t）

乘用车

发动机排量

V≤1.0

110-150

30-60

50-110

1.0＜V≤1.6

120-170

35-65

80-110

1.6＜V≤2.5

130-190

40-70

90-130

2.5＜V≤4.0

140-230

50-80

120-140

4.0＜V

160-280

60-110

100-180

通过上表得到我们初始的参数

本次设计的是一微型电动汽车，且在城市道路上行驶所以它的最高车速设计为80km/h比功率选择50kw/t比转矩选择80

加速时间选择：

汽车原地起步至达到一定车速的使用的最短时间通常采用汽车达到100km/h所用最短时间，当汽车最高车速小于100km/h时可用加速到60km/h所需时间，本次设计最高车速小于100km/h，且汽车主要加速过程在恒转矩条件进行，故初选加速至60km/h时间为6s【10】

爬坡能力：

汽车爬坡时可克服的最大坡度，取i=30%[2]

3.5.2汽车最小转弯直径Dmin

最小转弯半径Dmin：

转向盘在转到极限位置的时候，汽车的前外转向轮轮辙中心所在的支撑平面上轨迹半径。

汽车的最小转弯半径越小轴距越大，掉头和通过越小半径弯道的能力越强。

对机动性要求越高的汽车，最小转弯半径应该取得越小些。

各类汽车最小转弯直径

车型

级别

Dmin/m

乘用车

发动机排量V/L

V≤1.0

1.0＜V≤1.6

1.6＜V≤2.5

2.5＜V≤4.0

4.0＜V

7-9.5

8.5-11

9-12

11-14

在选择最小转弯直径时机动性约好的汽车其值越小些。

本次设计的汽车在缩短前轴距为2445mm所以按普通级轿车计算最小转弯直径为9.5m

3.5.3通过性几何参数

评价指标：

最小离地间隙hmin、接近角γ、离去角β、纵向通过半径δ

汽车通过性几何参数

车型

Hmin/mm

γ1/（°）

γ2/（°）

δ/m

4×2乘用车

150-220

20-30

15-22

3.0-8.3

本次设计中取最小离地间隙180mm

由以上参数可以得到

汽车前悬最低点至地面180mm汽车前悬最低平面最前端距汽车车轮中心线500mm

取汽车前悬Lf=700mm，多余部分向上提75mm可满足要求　　

可求出后悬Lr=La-L-Lf=550mm

可以看出离去角满足要求。

3.6电动机的选择

我们通过上述的设计过程可以得到如下数据

车身长度La

3704mm

轴距L

2445mm

车宽Ba

1489mm

车高H

1500mm

汽车最高车速umax

80km/h

一般车速u

50km/h

轮胎规格

165/60R14

轮胎滚动半径

264.20382mm[3]

汽车最大爬坡度

30%

汽车总质量Ma

1125kg

电动小车的部分要求参数

迎风面积A

主传动比

传动系传动效率η

汽车空气阻力系数Cd